专利名称：一种高强度变形镁合金的热加工工艺方法
技术领域：
本发明属于镁合金加工技术领域，特别涉及一种高强度变形镁合金的热加工工艺方法。
背景技术：
镁是密排六方晶体结构，室温下只有基面滑移，塑性变形能力差，高于225'C棱面滑 移开动，塑性变形能力有所改善。随着热加工温度的升高，流变应力下降，塑性增加。商 业高强度变形镁合金通常是指ZK系即镁-锌-锆合金，典型牌号如ZK60、 ZK61，该系合金 在人工时效过程中弥散析出MgZn化合物相，从而具有明显的时效强化效果。但是这类合 金的塑性较差。为了获得足够的变形能力和变形加工量，这类高强度镁合金往往需要在 40(TC左右以上的温度进行挤压、轧制，但是这样的高温易引起晶粒长大和析出相的粗化， 从而使合金强度和塑性下降，影响制品的使用性能或后续加工能力。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种有效控制合金的组织结构， 达到充分发挥材料高强度的潜力、同时有效改善材料热变形加工性能目的的高强度变形镁 合金的热加工工艺方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 一种高强度变形镁合金的热加工工艺方 法，其特征在于，该工艺方法是根据镁合金铸锭中不同种类化合物相的稳定性和不同的热 力学、动力学特征，通过选择合适的热处理温度和时间，控制化合物相的溶解以及脱溶析 出等过程来控制合金的组织结构，使合金在获得高强度的同时，兼有优良的塑性。
进一步，将镁合金铸锭在315 345。C范围内进行10 20h的均匀化保温，随后随炉冷却 至室温，消除偏析和控制未溶一次结晶相的体积分数，并使二次析出相充分均匀弥散析出； 然后，将均匀化退火以后的铸锭再加热，在390 41(TC下保温30 90min;随后即刻进行热 加工，在高温短时保温过程中二次析出相重溶形成富溶质原子微区，并在随后的加工过程 中动态析出高对称形态的细小化合物。相比现有技术，本发明具有如下有益效果
1 )本发明提出将镁合金铸锭在低于共晶相溶解的临界温度和时间下进行均匀化处理, 以使固溶体成分均匀，并控制未溶一次结晶相的体积分数，均匀化后随炉冷却，使过饱和 固溶体充分脱溶分解；热加工前将均匀化退火后的铸锭在高于脱溶析出相重溶临界温度 30 50'C左右短时保温，形成富溶质原子微区，以促进随后热加工过程中的动态析出。从 而使合金在获得高强度的同时，兼有优良的塑性。
2) 进一步，本发明提出将镁合金铸锭在315 345。C范围内进行10 20h的均匀化保温， 然后随炉冷却至室温。高强度变形镁合金中通常含有较多的合金元素如Zn，在铸造过程中 容易形成偏析、非平衡低熔点共晶相以及合金化合物相等非平衡凝固组织。均匀化过程中， 非平衡相逐渐溶解、合金元素扩散均匀。均匀化温度越高，上述过程进行得越快、越充分。 因此，随着均匀化温度升高和时间延长，未溶一次结晶相的数量减少。对密排六方结构的 镁合金而言，单相固溶体高温下变形组织易粗化、变形抗力高，当合金中存在一定尺寸、 间距和体积分数的第二相粒子时，可以改善合金的热变形行为、降低流变应力。Zn的固溶 度随温度降低而急剧减小，均匀化后炉冷时从母相脱溶析出细棒状MgZn化合物相，该相 有很大的析出倾向，在炉冷过程中可以充分发育长大，并均匀弥散分布于镁基体中。
均匀化退火后的镁合金铸锭在390 41(TC短时保温30 90min。在这样的温度下，均匀 化炉冷过程中析出的细棒状MgZn化合物相将重新溶解于镁基体中，短时的保温使溶质原 子来不及扩散从而形成一些富溶质原子微区，在随后的加工过程中，将以这些微区为形核 核心再次形成析出相。这种析出相由于是在变形过程中动态析出的，其与母相界面的原子 排列不断变化，不易沿某一特定方向持续接纳溶质原子而长大，因此与通常的细棒状静态 析出相不同，呈高对称形态的细粒状，尺寸在纳米数量级。并且，这种动态析出组织非常 稳定，晶粒和析出相不易长大和粗化。这样的组织结构使合金不仅具有高的强度，而且兼 有优良的塑性。
3) 经本发明工艺方法得到的镁合金制品，热加工变形能力明显改善，挤出顺利，表 面光亮，无铍褶和裂纹等缺陷。
4) 本发明高强度变形镁合金热加工的新工艺方法依据合金化合物的性质提出，不需额 外增添工序或设备，而侧重于工艺的合理控制和工序之间的匹配性，易于实现工业化规模 生产。而且，本发明工艺方法应用范围广，适用于镁-锌基时效强化型镁合金，尤其适合 于锌含量》6. 0的ZK系高强度变形镁合金。
具体实施方式
在本发明的一个实施例中，合金系为ZK60，其化学成分如表l所示。
表l ZK60合金的化学成分(wt%)
杂质
ZrMg
(O6. 10.70.3余量
采用半连续工艺铸成的镁合金铸锭在34(TC均匀化处理14h后随炉冷却到室温；然后 加热，在410。C保温85min;随后即刻进行热挤压，挤压比25，挤压速度4. 6m/min。
实验表明，在315 345'C左右进行10 20h的均匀化处理(均匀化温度取上限时，应取 均匀化时间的下限)，可有效消除偏析，并获得尺寸、间距和体积分数合适的未溶一次结 晶相。在均匀化后的炉冷过程中MgZn化合物相可以充分发育长大，并呈细棒状均匀弥散 分布于镁基体中。挤压后则呈纳米级粒状析出。经上述工艺方法得到的镁合金制品，挤出 顺利，表面光亮，无皱褶、裂纹等缺陷，挤压态抗拉强度341MPa，屈服强度287MPa，延 伸率23%。与传统工艺方法得到的性能相比较，强度和塑性均明显提高(与文献报道的相 同成分合金的最好性能相比，屈服强度提高10%，延伸率提高90%以上)。
通过以上实施例可知普通商业高强度变形镁合金通过本发明所述的热加工工艺，能 获得塑性加工性能和力学性能均较好的高强度变形镁合金，而且，本发明所用工艺设备简 单，成本较低且易于操作。
需要说明的是，本发明不限于所述实施例。对于其它系列的镁合金，即使工艺参数有 所变化，只要依据本发明技术思想而提出，均在本发明保护范围之内。
权利要求
1. 一种高强度变形镁合金的热加工工艺方法，其特征在于，该工艺方法是根据镁合金铸锭中不同种类化合物相的稳定性和不同的热力学、动力学特征，通过选择合适的热处理温度和时间，控制化合物相的溶解以及脱溶析出等过程来控制合金的组织结构，使合金在获得高强度的同时，兼有优良的塑性。
2. 根据权利要求1所述的一种高强度变形镁合金的热加工工艺方法，其特征在于，将 镁合金铸锭在315 345"C范围内进行10 20h的均匀化保温，随后随炉冷却至室温，消除偏 析和控制未溶一次结晶相的体积分数，并使二次析出相充分均匀弥散析出；然后，将均匀化退火以后的铸锭再加热，在390 41(TC下保温30 卯min;随后即刻进 行热加工，在高温短时保温过程中二次析出相重溶形成富溶质原子微区，并在随后的加工 过程中动态析出高对称形态的细小化合物。
3. 根据权利要求l或2所述的一种高强度变形镁合金的热加工工艺方法，其特征在于， 所述镁合金铸锭为锌含量^6.0的ZK系高强度变形镁合金。
全文摘要
本发明涉及一种高强度变形镁合金的热加工工艺方法，它是根据镁合金中不同种类化合物相的稳定性和不同的热力学、动力学特征，通过选择合适的热处理温度和时间，控制化合物相的溶解以及脱溶析出等过程，从而有效控制合金的组织结构，使镁合金在获得高强度的同时，兼有优良的塑性。该方法以镁合金化合物的性质为依据制订热加工制度，适用性广，易于实现工业化规模生产，适用于镁-锌基时效强化型镁合金，尤其适合于锌含量≥6.0的ZK系高强度变形镁合金。
文档编号C22F1/06GK101476095SQ200910103078
公开日2009年7月8日 申请日期2009年1月16日 优先权日2009年1月16日
发明者静 张, 张海涛, 亮 杨, 潘复生 申请人:重庆大学